譚志強(qiáng)，李云良，張 奇，郭宇菲，王曉龍**，李 冰，萬(wàn)榮榮，王殿常，吳興華

(1:中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所，中國(guó)科學(xué)院流域地理學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210008)

(2:中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

(3:中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)有限公司，北京 100038)

湖泊濕地是發(fā)育在湖泊邊緣，即枯水期水深不足2 m的部分，并且總面積不低于0.08 km2[1]. 如果該湖泊受潮汐影響，那么由于潮汐導(dǎo)致的鹽度應(yīng)該小于0.5%，對(duì)于一些淤淺程度高的淺水湖泊，整體都屬于湖泊濕地[1]. 湖泊濕地是一類(lèi)廣泛存在的濕地類(lèi)型，包括了《拉姆薩濕地公約》分類(lèi)體系內(nèi)的：永久性淡水湖(>0.08 km2)；季節(jié)性/間歇性淡水湖(> 0.08 km2)；永久性咸水/半咸水/堿性湖泊；季節(jié)性/間歇性的咸水/半咸水/堿性湖泊和淺灘；永久性咸水/半咸水/堿性沼澤/池塘；季節(jié)性/間歇性的咸水/半咸水/堿性沼澤/池塘；永久性淡水沼澤/池塘，無(wú)機(jī)土壤上的池塘(< 0.08 km2)、沼澤和濕地[1].

地表上大約90%的液態(tài)淡水都儲(chǔ)存在天然湖泊和人工湖泊中[2]. 根據(jù)GLWD(global lakes and wetlands database)，全球湖泊和水庫(kù)總面積約為2.7×106km2，占陸地總面積的2.0%(南極洲冰川和格陵蘭除外). 全球濕地面積約為0.8～1.0×107km2，占陸地總面積的6.2%～7.6%. 全球面積≥0.1 km2的湖泊達(dá)到甚至超過(guò)150萬(wàn)個(gè)；面積≥0.01 km2的湖泊總數(shù)可能達(dá)到或超過(guò)1500萬(wàn)個(gè)[3](圖1). 目前尚沒(méi)有針對(duì)全球“湖泊濕地”分布面積的權(quán)威報(bào)道.

湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)有著區(qū)別于其他生態(tài)系統(tǒng)的水文過(guò)程和生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程，因此其提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)也從一定程度上區(qū)別于其他生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型[4]. 主要體現(xiàn)為涉水的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，包括供應(yīng)服務(wù)(如淡水供應(yīng))、調(diào)節(jié)服務(wù)(如凈水、洪水調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié))、支持服務(wù)(如野生動(dòng)物棲息地)和文化服務(wù)(如娛樂(lè))等，在保障全球水生態(tài)安全格局中占有重要地位[5-7].

湖泊生態(tài)系統(tǒng)是最容易受到威脅的水生生態(tài)系統(tǒng)之一[8-9]. 受加劇的氣候變化[10]和不斷增長(zhǎng)的人口對(duì)內(nèi)陸水體的消耗[11]疊加影響，越來(lái)越頻繁的干旱正威脅著這種脆弱的生態(tài)系統(tǒng)平衡[12]. 旱生化是淺水湖泊面臨的主要問(wèn)題[13-14]. Davidson調(diào)查了189份濕地面積變化的報(bào)告得出：1900年以來(lái)，世界自然濕地?fù)p失的比例約為54%～57%[15]，其中包括湖泊濕地的加速萎縮或消失. 在中國(guó)，從1978年到2008年，總共損失了1.02×105km2的濕地面積[16].

水文過(guò)程是水文要素在時(shí)間上持續(xù)變化或周期變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程，特別是洪水泛濫的時(shí)機(jī)、范圍、程度、持續(xù)時(shí)間及其變異性是湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育和演化的主要驅(qū)動(dòng)力[17-18]. 由于湖泊濕地范圍廣，甚至難以到達(dá)，變化程度和頻率具有高度異質(zhì)性，如何提高濕地水文要素監(jiān)測(cè)的時(shí)空分辨率和準(zhǔn)確性是濕地生態(tài)水文研究一直以來(lái)所面臨的挑戰(zhàn)[19-20]. 在全球氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的雙重影響下，湖泊水文過(guò)程發(fā)生深刻變化，由此給湖泊周邊人類(lèi)社會(huì)和濕地生態(tài)系統(tǒng)造成的影響引起國(guó)際社會(huì)和專(zhuān)家學(xué)者的高度重視. 目前，對(duì)于湖泊濕地水文過(guò)程的驅(qū)動(dòng)因素及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的認(rèn)識(shí)往往存在片面性. 鑒于此，以下從辯證的角度對(duì)湖泊濕地水文過(guò)程的研究進(jìn)展分4部分總結(jié)：1)關(guān)鍵水文要素的獲取方法；2)水文過(guò)程對(duì)氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的響應(yīng)；3)水文過(guò)程的典型表現(xiàn)形式；4)水文過(guò)程的生態(tài)環(huán)境效應(yīng). 通過(guò)對(duì)湖泊濕地水文過(guò)程“是什么”、“為什么”和“怎么樣”的系統(tǒng)綜述，補(bǔ)充對(duì)相關(guān)領(lǐng)域新問(wèn)題和新方法的認(rèn)識(shí)，總結(jié)未來(lái)需要加強(qiáng)探索和創(chuàng)新的科學(xué)前沿.

1 關(guān)鍵水文要素的獲取方法

湖泊濕地水文要素主要包括地表水水位/水深、地下水水位、土壤含水量、水面蒸發(fā)、地表蒸散發(fā)和表層水溫等. 其中，水位是水生植物賴(lài)以生存的淺水湖泊最重要的水文要素之一，根據(jù)地表水位和觀測(cè)點(diǎn)的地形高程可計(jì)算水深，進(jìn)而反映濕地蓄水量[21]. 湖泊濕地通常河網(wǎng)密集，下墊面自然屬性具有高度空間異質(zhì)性；湖濱帶地勢(shì)平坦，水流運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)非穩(wěn)定性，匯流特征復(fù)雜；受高度動(dòng)態(tài)的水位變化影響，干濕交替頻繁；位置相對(duì)偏遠(yuǎn)，交通閉塞，可達(dá)性差，給湖泊濕地水文要素監(jiān)測(cè)帶來(lái)挑戰(zhàn). 目前，湖泊濕地水文要素的獲取方法可以歸納為3種：原位觀測(cè)，數(shù)值模擬和遙感技術(shù).

1.1 原位觀測(cè)

原位觀測(cè)能夠在不同時(shí)空尺度上捕捉更接近實(shí)際的水位、流量、水溫、蒸發(fā)量和土壤含水量等水文要素變化[22-23]. 以水位觀測(cè)為例，按需求和實(shí)際觀測(cè)場(chǎng)合可分為水尺直接觀測(cè)和水位計(jì)自動(dòng)測(cè)量. 目前國(guó)內(nèi)外常用的水位計(jì)主要包括浮子式水位計(jì)、聲波式水位計(jì)和壓力式水位計(jì)等，各自?xún)?yōu)缺點(diǎn)及適用環(huán)境詳見(jiàn)表1.

原位觀測(cè)的時(shí)空范圍取決于資源的可用性，大多數(shù)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的數(shù)據(jù)僅能提供一定時(shí)段、有限地理單元內(nèi)的水文和生態(tài)要素信息. 即使在合理大小的系統(tǒng)中，監(jiān)測(cè)也多集中于系統(tǒng)的特定部分，無(wú)法對(duì)各要素之間相互作用過(guò)程進(jìn)行定量測(cè)量.

1.2 數(shù)值模擬

數(shù)值模擬以現(xiàn)有觀測(cè)資料為基礎(chǔ)，能夠滿(mǎn)足不同時(shí)間分辨率和不同空間尺度水文過(guò)程研究的需要，在定量解析界面過(guò)程及預(yù)測(cè)關(guān)鍵水文要素的變化趨勢(shì)方面具有顯著優(yōu)勢(shì). 從面向的生態(tài)系統(tǒng)劃分，國(guó)內(nèi)外較為熟知的濕地綜合水文模型主要有WETLANDS模型[24]、Jorge-MODFLOW濕地模型[25]、DRAINMOD模型[26]、MIKE-SHE模型[27]和HYDRUS-1D/2D模型[28]. 通常情況下，濕地水文模型要考慮生物群落能量和結(jié)構(gòu)、生命史、養(yǎng)分循環(huán)、脅迫因子選擇和體內(nèi)平衡，進(jìn)而發(fā)展為生態(tài)水文模型. 從生態(tài)水文模型構(gòu)建的空間結(jié)構(gòu)來(lái)看，可以分為集總式和分布式；從耦合方式來(lái)看，主要包括單向耦合和雙向耦合兩類(lèi)；從描述生態(tài)水文過(guò)程的復(fù)雜程度來(lái)看，可劃分為概念性模型、半物理模型和物理模型[29](表2). 總體而言，集總式、單向耦合以及概念性模型計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，參數(shù)容易獲取、適用于廣泛的地理?xiàng)l件和水文情景研究. 而分布式、雙向耦合、半物理以及物理模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，參數(shù)難以獲取，需要專(zhuān)業(yè)的建模知識(shí)和豐富的數(shù)據(jù)積累. 此外，水文要素的時(shí)空動(dòng)態(tài)影響濕地植被的生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)，反之植被退化恢復(fù)影響界面水分循環(huán)；三角洲在河道沖淤的影響下不斷演變，需要在模型中對(duì)徑流路徑進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整. 目前考慮水文過(guò)程與生態(tài)過(guò)程互反饋機(jī)制的雙向耦合模型仍有待發(fā)展和完善.

1.3 遙感技術(shù)

遙感技術(shù)可以在短時(shí)間內(nèi)獲取大空間尺度濕地水文實(shí)況信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)地持續(xù)觀測(cè)，從而捕捉濕地水文過(guò)程的周期性節(jié)律變化、突變及其發(fā)生的時(shí)間[31]. 1972年，美國(guó)第一顆陸地資源衛(wèi)星(Landsat-1)發(fā)射升空，許多先驅(qū)性研究就此開(kāi)展. 此后幾十年，湖泊濕地水文過(guò)程遙感監(jiān)測(cè)在數(shù)據(jù)獲取、技術(shù)方法和產(chǎn)品研制等方面均取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步(圖2). 以傳感器類(lèi)型為例，雷達(dá)測(cè)高數(shù)據(jù)具備全天時(shí)和全天候的特點(diǎn)，例如ICESat/ICESat-2[32]、CryoSat-2[33]、Jason-1/2/3[34]、Sentinel-3 SAR[35]和RADARSAT-2[36]等常被用于水面提取，湖泊水位、水深監(jiān)測(cè)及水量估算. 然而，作為陣列單元的回波信號(hào)，絕大多數(shù)雷達(dá)僅適用于對(duì)寬度大于2 km的水體的監(jiān)測(cè)[37]. 另外，受儀器偏差影響，掃描軌跡及脈沖位置無(wú)法保證前后觀測(cè)的一致性[38]. 微波遙感數(shù)據(jù)雖然空間分辨率低，但其亮溫?cái)?shù)據(jù)的獲取不受天氣條件的限制，被廣泛應(yīng)用于土壤濕度和積雪厚度反演[39]. 但微波傳感器重返周期一般比較長(zhǎng)，而且數(shù)據(jù)獲取費(fèi)用高，解譯難度大，目前還多局限于個(gè)例的研究. 光學(xué)傳感器，尤其是一系列中高分辨率多光譜遙感，例如Landsat TM/ETM+、SPOT、ASTER和ALOS等為精確識(shí)別和提取水體提供可能[40-42]. 但是，中高分辨率衛(wèi)星因?yàn)閽呙鑾捫　⒅胤抵芷陂L(zhǎng)等原因在湖泊濕地洪泛監(jiān)測(cè)中往往受到限制[43-44]. 與之相比，MODIS和AVHRR等高時(shí)間分辨率的多光譜數(shù)據(jù)在中尺度和大尺度洪泛監(jiān)測(cè)中得到廣泛應(yīng)用[45-47]. 然而，其較粗的空間分辨率對(duì)于小型湖泊水面積測(cè)量結(jié)果的不確定性達(dá)到-6%～13%[48]，難以滿(mǎn)足小尺度水文過(guò)程研究的需要[49].

圖2 用于水面監(jiān)測(cè)的常用衛(wèi)星傳感器發(fā)展歷程

多源遙感數(shù)據(jù)融合方法為同時(shí)滿(mǎn)足高時(shí)空分辨率的濕地水文要素監(jiān)測(cè)提供了一個(gè)新的解決思路[43,50-53]，主要包括間接策略和直接策略?xún)煞N. 間接策略是利用較高分辨率的遙感數(shù)據(jù)(如Landsat)分解較低分辨率的遙感數(shù)據(jù)(例如MODIS)，融合模型包括STARFM[54]、半物理融合方法[55]、STAARCH[56]、ESTARFM[57]、STDFA[58]和ISTDFA[59]等. 直接策略是輔助以土地覆蓋/土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)等對(duì)NDVI進(jìn)行像元分解達(dá)到降尺度的目的，例如WLM[60]、STAVFM[61]、RMMEH[62]和NDVI-LMGM[63]等模型. 多源遙感數(shù)據(jù)融合作為深入挖掘遙感大數(shù)據(jù)應(yīng)用潛力的有效途徑之一，無(wú)論是直接策略還是間接策略都建立在一定假設(shè)的基礎(chǔ)上，我們將在本文的展望部分進(jìn)一步評(píng)述. 未來(lái)，改進(jìn)的融合模型及其對(duì)不同監(jiān)測(cè)目標(biāo)、不同地物屬性和不同空間尺度的適用能力有待深入研究.

2 水文過(guò)程對(duì)氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的響應(yīng)

隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)和氣候變化，湖泊豐度已經(jīng)減少，濕地面積正面臨萎縮風(fēng)險(xiǎn)[21]. 例如，全球變暖導(dǎo)致水面蒸發(fā)加快，長(zhǎng)時(shí)間降水異常導(dǎo)致入流減少，這些都很容易對(duì)湖泊水文、水生態(tài)和水環(huán)境產(chǎn)生連鎖反應(yīng). 此外，不可持續(xù)的土地利用和以利潤(rùn)最大化為唯一目標(biāo)的水資源管理大大加劇了極端氣候的影響. 但是，水文過(guò)程對(duì)氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的響應(yīng)則表現(xiàn)為兩面性.

2.1 氣候變化

氣候變化通過(guò)改變降雨、氣溫、輻射、風(fēng)速以及洪水、干旱等水文極值的發(fā)生時(shí)間、頻率和強(qiáng)度等影響濕地水文過(guò)程和水文情勢(shì)[64]，進(jìn)而影響濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，如碳儲(chǔ)存、支持生物多樣性、提供野生動(dòng)物棲息地和凈化水質(zhì)[42,65]. 濕地因其水源補(bǔ)給方式不同對(duì)氣候變化的響應(yīng)具有顯著差異.

一方面，冬季積雪減少和早期融雪正通過(guò)改變徑流的時(shí)間和流量影響高緯度和高海拔地區(qū)湖泊濕地的水文過(guò)程[66]. 例如，2000-2015年，全球氣候變暖引起的冰川凍土融水增加和降雨年代際增加導(dǎo)致青藏高原內(nèi)的湖泊面積擴(kuò)張了4542.3 km2[67]. 1973-2017年，五大湖的平均冰覆蓋范圍(12月1日-4月30日)減小了67%，其中密歇根湖的冰覆蓋率下降了70%[68]. 氣溫升高可能會(huì)推遲冬季冰的形成，并在春季加速冰的融化[69]，大多數(shù)冬季結(jié)冰的湖泊在未來(lái)可能保持無(wú)冰的狀態(tài). 另一方面，在全球氣溫升高的背景下，濕地往往面臨退化和萎縮的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)闅鉁孛可?℃，需要降水量增加20%才能補(bǔ)償濕地生態(tài)系統(tǒng)因溫度升高而產(chǎn)生的旱化效應(yīng)[70]. 例如，受氣候變化影響，北美大草原[71]、土耳其圖茲湖濕地[72]、加拿大境內(nèi)流域濕地[73]、瑞典中東部高位沼澤濕地[74]、波蘭境內(nèi)的雷夫河流域濕地[75]以及中國(guó)的若爾蓋高原濕地[76]、黃河源區(qū)濕地[77]、松嫩平原扎龍濕地[78]、白洋淀濕地[79]等均出現(xiàn)了水位下降、水文周期縮短、干旱程度增強(qiáng)以及部分水功能喪失等現(xiàn)象.

在過(guò)去的幾十年里，決定生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵氣候因素變化非?？靃80-81]，這種快速變化伴隨著不同極端天氣的出現(xiàn)[82-84]. 聯(lián)合國(guó)領(lǐng)導(dǎo)的政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)(IPCC)發(fā)布的第六次評(píng)估報(bào)告第一工作組報(bào)告顯示，北美、歐洲、澳大利亞、拉丁美洲眾多地區(qū)、非洲的西部和東部、西伯利亞、俄羅斯和整個(gè)亞洲都在經(jīng)受高溫極端天氣(包括熱浪)的“考驗(yàn)”. 湖泊熱浪可能會(huì)加劇湖泊長(zhǎng)期變暖的不利影響，改變湖泊的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而威脅到湖泊濕地的生物多樣性以及湖泊濕地為社會(huì)提供的關(guān)鍵生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益[85]. 《中國(guó)氣候變化藍(lán)皮書(shū)(2021)》指出：1961-2020年，中國(guó)極端強(qiáng)降水事件呈增多趨勢(shì)，極端高溫事件自1990s中期以來(lái)明顯增多. 高溫、強(qiáng)降水等極端事件增多增強(qiáng)，使降水變化區(qū)域間差異更加明顯，給湖泊濕地水文過(guò)程帶來(lái)深刻影響. 例如，2020年，長(zhǎng)江流域和松花江流域地表水資源量均為1961年以來(lái)最多. 2005年以來(lái)，青海湖水位連續(xù)16年回升，累計(jì)上升3.47 m；2016-2020年水位加速上升，2020年已達(dá)到1960s初期的水位[86]. 相反，受干旱影響，1960年以來(lái)華北平原最大的淡水湖泊濕地白洋淀水位降低，水量減少，面積萎縮，生物多樣性減少[87]. 極端氣候事件引發(fā)的湖泊濕地極端水文過(guò)程及其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)-大氣之間碳交換產(chǎn)生的負(fù)面影響需要更廣泛的關(guān)注.

2.2 人類(lèi)活動(dòng)

人類(lèi)活動(dòng)同樣以不同的方式影響著湖泊濕地水文過(guò)程. 一方面，圍湖造田、筑堤建圩、挖溝排水以及流域水利工程等減少了地表徑流的輸入，加速了湖泊的旱化進(jìn)程，降低了湖泊濕地調(diào)蓄洪水的能力. 北美大平原是一個(gè)重要的農(nóng)業(yè)區(qū)，同時(shí)也是數(shù)百萬(wàn)河湖濕地的發(fā)源地[88]. 大平原為美國(guó)供應(yīng)大部分小麥、玉米和棉花以及許多其他作物，但草原轉(zhuǎn)為農(nóng)業(yè)用地極大地影響了湖泊濕地水文過(guò)程[89]. 美國(guó)近幾年失去的淡水濕地中，約98%來(lái)自大平原[90]. 截至2007年，我國(guó)圍墾湖泊面積超過(guò)1.3×104km2，因圍墾消亡的天然湖泊近1000個(gè). 號(hào)稱(chēng)“千湖之省”的湖北目前只剩下326個(gè)湖泊，水面減少72%. 昔日“八百里洞庭”從1940s末的4300 km2減少至2400 km2，水面萎縮40%，水量減少約34%[91]. 此外，三峽水庫(kù)蓄水顯著改變了通江湖泊的水文過(guò)程，疊加湖區(qū)采砂活動(dòng)導(dǎo)致鄱陽(yáng)湖等中下游湖泊秋季提前退水、枯水期延長(zhǎng)以及枯水期水位降低等[92-93].

另一方面，退田還湖、筑壩攔蓄和跨流域調(diào)水等措施能夠增加濕地面積，有利于濕地水文功能的恢復(fù). 例如，1998-2003年的退田還湖工程還鄱陽(yáng)湖面積830.3 km2，湖區(qū)增加蓄洪容積45.7億m3[94]，還洞庭湖濕地面積1390.84 km2，增加蓄洪容積80億m3[95]；三峽工程運(yùn)行形成出露面積達(dá)437～446 km2的消落帶，造就了一類(lèi)特殊的濕地生態(tài)系統(tǒng)[96]；松嫩平原地區(qū)河湖連通工程引蓄洪水21億m3，地下水水位抬升1 m左右，恢復(fù)和改善濕地面積2400 km2[97]. 黑龍江省政府制定了333.33 km2的三江平原濕地恢復(fù)計(jì)劃，從2000年到2014年，三江平原已經(jīng)恢復(fù)了100 km2的洪泛區(qū)[68].

人類(lèi)活動(dòng)不僅從減少地表徑流輸入或攔蓄徑流這兩方面影響湖泊水文過(guò)程，植樹(shù)造林、森林砍伐、土地利用方式等也會(huì)影響流域水文循環(huán)和濕地儲(chǔ)水空間，進(jìn)而改變湖泊濕地的水文過(guò)程. 一些湖泊濕地可能對(duì)氣候變化具有相對(duì)的彈性. 但是，因?yàn)槠渌麛_動(dòng)的協(xié)同作用，由氣候變化導(dǎo)致的負(fù)面影響經(jīng)常表現(xiàn)為加劇的趨勢(shì)，這些擾動(dòng)往往都與人類(lèi)活動(dòng)密切相關(guān). 如何管理和減少人類(lèi)活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的干擾，減輕氣候變化的影響，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)進(jìn)程是地球科學(xué)研究的永恒課題.

3 水文過(guò)程的典型表現(xiàn)形式

洪水是水文過(guò)程的一種極端表現(xiàn)形式，伴隨氣候異常導(dǎo)致的極端水文事件在世界各地頻發(fā)，近年來(lái)有關(guān)洪水的報(bào)道成為熱點(diǎn)話(huà)題. 湖泊濕地作為天然蓄水庫(kù)和水循環(huán)調(diào)節(jié)器，在調(diào)蓄洪水、減輕洪澇災(zāi)害方面發(fā)揮著極其重要的作用. 此外，水文連通性是表征河流、湖泊和濕地之間水文過(guò)程的綜合性指標(biāo)，通過(guò)調(diào)整河湖水文連通可以?xún)?yōu)化水資源配置、改善生態(tài)環(huán)境和抵御水旱災(zāi)害等.

3.1 洪水

湖泊濕地通過(guò)蓄水、泄流和蒸散發(fā)調(diào)節(jié)洪峰大小以及洪峰的傳播時(shí)間，發(fā)揮著調(diào)蓄洪水的功能. 例如，五大湖中蘇必利爾湖最大蓄水量和最小蓄水量之差為5.76×105億m3，平均調(diào)蓄水量達(dá)9003億m3. 休倫湖、安大略湖、伊利湖和密歇根湖對(duì)夏季洪水的平均調(diào)蓄量分別為4057億、576億、386億和14億m3. 洞里薩湖是東南亞最大的天然淡水湖泊，其流域降水和湄公河徑流的季節(jié)性轉(zhuǎn)換形成面積達(dá)1.06×104km2的洪泛濕地. 洞里薩湖在雨季水位上漲7～8 m，湖泊面積由2500 km2增加至1.3×104km2，調(diào)蓄洪水約800 億m3[98]. 亞馬遜洪泛區(qū)分布著數(shù)量眾多的子湖，在調(diào)蓄流域洪水的過(guò)程中發(fā)揮著重要作用. 其中，Lago Grande de Curuaí (Pará)湖在豐水年調(diào)蓄來(lái)自河流的水量就達(dá)87億m3，是該湖泊最大水儲(chǔ)量的4.7倍[99].

2020年夏季，我國(guó)南方遭受特大洪澇災(zāi)害，長(zhǎng)江中下游地區(qū)梅雨期持續(xù)時(shí)間較常年偏長(zhǎng)23 d，平均降雨量753.9 mm，比常年偏多168%，為1961年以來(lái)最多. 在本次洪水過(guò)程中，洞庭湖城陵磯水位持續(xù)超警60 d，其中18 d入湖流量大于出湖流量，共計(jì)調(diào)蓄洪水62.35億m3[100]. 鄱陽(yáng)湖區(qū)運(yùn)用185座單退圩堤接納洪量約26.2億m3，有效降低了鄱陽(yáng)湖水位0.35 m[101]. 兩個(gè)大型通江湖泊在應(yīng)對(duì)2020年中國(guó)南方特大洪災(zāi)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用(圖3).

圖3 Landsat記錄的洞庭湖和鄱陽(yáng)湖洪水變化(最小云量合成影像)

3.2 水文連通性

隨著湖泊濕地水文過(guò)程研究的發(fā)展，水文連通性“hydrological connectivity”引起廣泛關(guān)注[102-103]. 水文連通性是指以水為介質(zhì)的物質(zhì)、能量及生物在水文循環(huán)各要素內(nèi)或各要素之間的傳輸過(guò)程，對(duì)河湖洪泛濕地的水量平衡，泥沙沖淤，水鳥(niǎo)、魚(yú)類(lèi)、浮游藻類(lèi)和大型底棲動(dòng)物的生物量及生物多樣性維護(hù)等至關(guān)重要[104-105]. 根據(jù)連通主體和水量交換關(guān)系的不同，可以把水文連通劃分為3個(gè)空間維度，即沿水系流向的縱向連通、水系與漫灘之間的橫向連通和河湖地表水與地下水之間的垂向連通(圖4). 水文連通性減弱是全球河流、湖泊濕地面臨的一個(gè)主要威脅[106].

圖4 不同空間維度的水文連通示意圖

建壩等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是湖泊濕地水文連通性變化的重要原因. 目前全球已建大壩數(shù)量估計(jì)超過(guò)5萬(wàn)座，計(jì)劃和在建大壩有3600座[107]. 僅亞馬遜流域，在建和規(guī)劃中的大壩項(xiàng)目就超過(guò)400座[108]. 大壩建設(shè)破壞了湖泊濕地水文過(guò)程的天然節(jié)律，導(dǎo)致河湖換水周期延長(zhǎng)，下游徑流量減少，濕地淹沒(méi)深度和歷時(shí)增加等，給湖泊水環(huán)境和濕地生態(tài)帶來(lái)重要影響. 例如，1950-1970年間，長(zhǎng)江流域大建節(jié)制閘，絕大多數(shù)湖泊失去了與長(zhǎng)江的天然聯(lián)系，水文連通性急劇減弱，使支撐長(zhǎng)江魚(yú)類(lèi)生存的有效湖泊面積減少了76%，以魚(yú)為餌料的白鰭豚、江豚種群數(shù)量銳減[109]. 2003年以后，三峽工程運(yùn)行改變了長(zhǎng)江與鄱陽(yáng)湖的連通關(guān)系(包括長(zhǎng)江對(duì)鄱陽(yáng)湖的“拉空”、“頂托”和“倒灌”作用等)，并由此引起鄱陽(yáng)湖濕地高灘地中生植被退化，水陸過(guò)渡帶濕生、挺水植被優(yōu)勢(shì)度降低，低灘地沉水植被向退水方向演替等[18]，生長(zhǎng)季的平均地下水埋深變化是濕地植被格局演變最重要的影響因素[110]. 由此可見(jiàn)，橫向、縱向水文連通與垂向水文連通之間存在著密切的關(guān)聯(lián)性.

湖泊濕地是地表水-地下水垂向連通非常活躍的區(qū)域，削弱的橫向水文連通性可能會(huì)減少垂向水文連通，導(dǎo)致濕地地下水位下降[6]. 地表水-地下水之間的垂向連通不僅決定了界面水分交換通量，對(duì)鹽分、潛流層生物遷移等也有重要影響[111]. 盡管?chē)?guó)內(nèi)外在地表水-地下水交互作用方面取得了大量研究進(jìn)展，但受原位條件約束，飽和-非飽和帶的土壤水、地下水采樣困難，相關(guān)地質(zhì)背景資料和經(jīng)驗(yàn)不足，加上缺少量化指標(biāo)和評(píng)價(jià)工具，考慮垂向連通性及其與其他維度連通性的交互關(guān)系研究仍面臨著很大挑戰(zhàn)[112].

4 水文過(guò)程的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)

干濕交替的水文過(guò)程形成湖泊濕地獨(dú)特的植物和動(dòng)物群系. 水文過(guò)程可直接、顯著改變濕地諸如營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和氧的可獲取性、土壤鹽漬度、pH和沉積物特性等物理化學(xué)條件，進(jìn)而影響水質(zhì)和動(dòng)植物的群系結(jié)構(gòu)[113-114]. 同時(shí)，湖泊濕地的植物、動(dòng)物和水質(zhì)格局反映了物理化學(xué)(外力)和生物(內(nèi)力)兩種力量之間復(fù)雜、動(dòng)態(tài)的相互作用.

4.1 水文過(guò)程對(duì)植物的影響

植物作為濕地生態(tài)系統(tǒng)最重要的組成部分之一，在為水生動(dòng)物提供食物和棲息地、凈化水質(zhì)、儲(chǔ)存碳等方面發(fā)揮著重要作用[115]. 濕地植物變化被認(rèn)為是指示水環(huán)境安全性和可持續(xù)性躍遷的關(guān)鍵生態(tài)指標(biāo)[116-117].

地表水文過(guò)程主導(dǎo)了濕地植物的基本生態(tài)過(guò)程和生態(tài)格局，是濕地植物生態(tài)系統(tǒng)演替的主要驅(qū)動(dòng)力(表3). 水位直接影響種子萌發(fā)、植物存活、生長(zhǎng)和繁殖[118-119]，并通過(guò)土壤養(yǎng)分的有效性或種間競(jìng)爭(zhēng)間接影響物種組成[120-121]. 例如，水位下降引起土壤鹽分增加，并且缺水會(huì)影響湖濱帶植物物種組成，最終導(dǎo)致某些植物群落的面積減少甚至消失[122]. 此外，水文節(jié)律改變會(huì)導(dǎo)致濕地植物種群結(jié)構(gòu)的變化. 例如，水位變化幅度升高會(huì)導(dǎo)致建群種的優(yōu)勢(shì)度降低[123].

表3 濕地植物對(duì)地表水文過(guò)程的生態(tài)響應(yīng)

除此之外，地下水位也是決定植物生長(zhǎng)和繁殖的一個(gè)關(guān)鍵因素[134-135]. 近幾屆國(guó)際濕地會(huì)議(IWC)和國(guó)際水文地質(zhì)大會(huì)(IAH)分別設(shè)置了“濕地與地下水流”、“地下水與濕地的相互影響”以及“生態(tài)系統(tǒng)中的地下水作用”等專(zhuān)題，在全世界引起關(guān)于濕地-地下水交互作用的多學(xué)科交叉研究與探討[114]. 地下水位是地下水與濕地生態(tài)系統(tǒng)之間相互作用的關(guān)鍵性指標(biāo)[136]. 一方面，地下水位的微弱變化可能導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部生物、物理乃至化學(xué)過(guò)程發(fā)生根本變化[137-138]，造成物種組成以及種群結(jié)構(gòu)改變. 另一方面，植物生態(tài)系統(tǒng)本身具有一定的自我適應(yīng)和調(diào)節(jié)能力，即不同生活型的植物通過(guò)調(diào)整物質(zhì)代謝、能量轉(zhuǎn)化和生長(zhǎng)發(fā)育適應(yīng)改變后的地下水位[139]. 植物對(duì)地下水位波動(dòng)的響應(yīng)存在兩種可能：一種是線(xiàn)性比例響應(yīng)，另一種是臨界突變響應(yīng)[140]. 在現(xiàn)實(shí)的植物演替過(guò)程中線(xiàn)性響應(yīng)極為罕見(jiàn)，絕大部分表現(xiàn)為臨界突變，即非線(xiàn)性響應(yīng)：通常植物退化對(duì)地下水位下降的響應(yīng)具有一定的滯后期；這種遲滯效應(yīng)同樣存在于地下水位抬升后植物的恢復(fù)過(guò)程中[30]. 當(dāng)前，“哪些濕地植物依賴(lài)地下水？”、“植物蒸騰耗水在什么時(shí)段以及多少是來(lái)自地下水？”、“引起植物功能發(fā)生正向和逆向改變的地下水位閾值分別是多少？”等問(wèn)題仍待解答.

4.2 水文過(guò)程對(duì)動(dòng)物的影響

湖泊濕地特有的水文過(guò)程為水鳥(niǎo)、魚(yú)類(lèi)和無(wú)脊椎動(dòng)物，特別是其中瀕臨滅絕的物種提供了理想的棲息場(chǎng)所. 水文過(guò)程變化將顯著改變濕地的物質(zhì)流、能量流和信息流，進(jìn)而引發(fā)不同的動(dòng)物行為，比如候鳥(niǎo)遷徙、魚(yú)類(lèi)洄游以及無(wú)脊椎動(dòng)物的繁殖和遷徙等. 其中，水鳥(niǎo)對(duì)水文過(guò)程變化非常敏感，其多樣性水平常被用來(lái)衡量湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況[141].

湖泊濕地提供的淺水、沼澤、灘涂和稀疏草灘是水鳥(niǎo)的天然棲息地和覓食場(chǎng)所[142]. 每年春季，太平洋70%(超過(guò)200萬(wàn)只)的遷徙水鳥(niǎo)經(jīng)過(guò)俄勒岡南部-加利福尼亞?wèn)|北部的湖泊濕地[143]，遷徙高峰期約有150萬(wàn)只涉禽在大鹽湖停歇，10.2萬(wàn)只在莫諾湖，8.3萬(wàn)只在阿伯特湖. 水鳥(niǎo)在遷徙途中需要一系列的停歇地補(bǔ)充食物并積蓄能量，如果缺失這些湖泊濕地作為棲息地，就可能導(dǎo)致水鳥(niǎo)向南遷徙失敗[144-145]. 鄱陽(yáng)湖湖泊水位季節(jié)性變化強(qiáng)，水情特征復(fù)雜，生物多樣性豐富，平均每年有34萬(wàn)多只候鳥(niǎo)在此越冬，包括世界上約99%的白鶴(Grusleucogeranus)及超過(guò)80%的東方白鸛(Ciconiaboyciana)[146].

在氣候變化和快速城市化過(guò)程中，湖泊濕地景觀由簡(jiǎn)單、均勻、連續(xù)的整體演變?yōu)閺?fù)雜、異質(zhì)、間斷的斑塊. 鳥(niǎo)類(lèi)自然棲息地的破碎化越來(lái)越嚴(yán)重，可用棲息地和食物資源大量減少，導(dǎo)致種群數(shù)量減少，生物多樣性降低[147-148]. 從地中海地區(qū)鹽田的消失到北美大草原坑洞地區(qū)和莫哈韋沙漠濕地的退化，在氣候變化的影響下大規(guī)模的遷徙水鳥(niǎo)(如水禽、濱鳥(niǎo)、涉禽)和其他鳥(niǎo)類(lèi)物種的種群數(shù)量正在顯著下降[149-150]. 通過(guò)研究北美太平洋航道過(guò)去100年的水資源利用率和氣候變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉和不斷增加的蒸發(fā)導(dǎo)致水鳥(niǎo)遷徙路線(xiàn)上融雪流域27%的湖泊、47%的濕地和季風(fēng)流域13%的湖泊地表水減少，水鳥(niǎo)物種組成發(fā)生顯著變化[151-152]. 長(zhǎng)江上游的三峽工程運(yùn)行改變了鄱陽(yáng)湖洪泛濕地的水文過(guò)程，尤其是淺水面積和水文連通性，對(duì)越冬水鳥(niǎo)棲息、覓食產(chǎn)生直接和間接影響[153]. 研究證實(shí)：群體水平上，天鵝、鵝和鴨的豐度與豐水期月平均水位顯著相關(guān)；涉禽數(shù)量與豐水期平均水位和高水位持續(xù)時(shí)間顯著相關(guān)[154]. 此外，上文提到的濕地水文過(guò)程變化導(dǎo)致三江平原水禽數(shù)量減少了90%以上[155]；松嫩平原濕地鳥(niǎo)類(lèi)數(shù)量由1983年的137只/km2減少至1995年的105只/km2[156]等.

相反，湖泊濕地水文條件的改善及合理的水資源利用則有利于水鳥(niǎo)種群數(shù)量的增加和物種多樣性的恢復(fù). 例如，美國(guó)自然資源部和Ducks無(wú)限公司修復(fù)了愛(ài)荷華州的38個(gè)淺水湖，修復(fù)后的淺水湖(58萬(wàn)只，78種)比未修復(fù)的淺水湖(13萬(wàn)只，70種)發(fā)現(xiàn)的水鳥(niǎo)數(shù)量和種類(lèi)更多. 修復(fù)結(jié)果顯示，水位變化對(duì)涉水鴨和濱鳥(niǎo)種群數(shù)量有負(fù)面影響，對(duì)潛水鴨和水鳥(niǎo)物種多樣性有正面影響；水位恢復(fù)時(shí)長(zhǎng)對(duì)鵝/天鵝和隱匿沼澤鳥(niǎo)類(lèi)物種多樣性有正面影響；濕地總面積對(duì)各類(lèi)群數(shù)量和多樣性均有正面影響[157]. 此外，受河湖連通工程影響，莫莫格濕地過(guò)境白鶴數(shù)量由原來(lái)的500多只增加到3800多只，占全球白鶴數(shù)量的95%[97]. 對(duì)云南大理洱海的候鳥(niǎo)種群動(dòng)態(tài)的持續(xù)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，水位下降后鉆水鴨和潛水類(lèi)的種群數(shù)量和物種多樣性都有所增加[158].

4.3 水文過(guò)程對(duì)水質(zhì)的影響

濕地水文過(guò)程對(duì)于水質(zhì)的影響同時(shí)表現(xiàn)為濕地的源和匯的功能. 一方面，濕地是下游水域溶解性有機(jī)物、營(yíng)養(yǎng)物和污染物等的重要來(lái)源. 例如，磷和硝態(tài)氮等受“蓄積-溢出”效應(yīng)或近地表電勢(shì)差驅(qū)動(dòng)由底泥釋放至上層水體，并隨著地表水或淺層地下水轉(zhuǎn)移到下游水域，起到化學(xué)源的功能[103,159]. 對(duì)大型淺水湖泊而言，風(fēng)浪發(fā)育充分，底泥再懸浮頻繁，磷的內(nèi)源供給通量大、速度快、效率高[160]. 例如，基于靜態(tài)釋放培養(yǎng)法估算的太湖內(nèi)源磷負(fù)荷可達(dá)899 t/a[161]，而基于動(dòng)態(tài)釋放的通量則更高[162-163]. 此外，濕地植物在完成一個(gè)生命周期后凋落物會(huì)落入水中，分解并釋放有機(jī)物和氮進(jìn)入水體，進(jìn)而增加水體中氮濃度[164]. 研究發(fā)現(xiàn)，濕地植物的秋季1次收獲對(duì)土壤中氮的去除量最大(81.62 g/m2)，說(shuō)明土壤微生物的硝化和反硝化作用對(duì)土壤脫氮的貢獻(xiàn)最顯著[165].

另一方面，濕地通過(guò)儲(chǔ)水稀釋、沉淀和置換作用對(duì)有機(jī)物、營(yíng)養(yǎng)物和污染物等進(jìn)行截留，使得氮、磷及一些重金屬元素在植物-土壤系統(tǒng)中周轉(zhuǎn)，最終達(dá)到富集的效果，從而發(fā)揮化學(xué)匯的功能[6,166]. 例如，湖泊是氮最重要的匯庫(kù)之一，氮可以被反硝化、固定或儲(chǔ)存在沉積物中[167]. Harrison 等估計(jì)全球湖泊每年可去除約13 Tg的氮，占內(nèi)陸水域氮輸入量的20%[168]. 沉積物通過(guò)反硝化將硝酸鹽(HNO3)轉(zhuǎn)化成氧化亞氮(N2O)和氮?dú)?N2)實(shí)現(xiàn)對(duì)氮的永久性去除，是湖泊生態(tài)系統(tǒng)中主要的氮去除途徑[169]. 沉積物也是磷的一個(gè)即時(shí)“儲(chǔ)存庫(kù)”，沉積物對(duì)磷酸鹽的吸附能力受沉積物顆粒粒徑[170]、溫度[171]和pH、氧化還原電位、鹽度、溶解氧等環(huán)境因子影響[172-174]. 此外，濕地植物根系發(fā)達(dá)，生長(zhǎng)速度快，生物量大，在生態(tài)系統(tǒng)中對(duì)金屬的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和生物地球化學(xué)循環(huán)起著至關(guān)重要的作用[175]. 研究表明，一些濕地植物，如蘆葦(Phragmitesaustralis)[175]、香蒲(TyphalatifoliaLinn.)[176]以及莎草(CyperusarticulatusL)表現(xiàn)出很高的金屬積累能力[177].

湖泊濕地地表水的橫向、縱向、垂向運(yùn)移隨時(shí)間和空間變化，水文過(guò)程對(duì)水質(zhì)影的源、匯和滯后效應(yīng)往往同時(shí)發(fā)生，進(jìn)而抵消它們作為下游水域物質(zhì)和能量來(lái)源的作用. 如何提高湖泊濕地的固碳作用，探索碳達(dá)峰、碳中和的實(shí)現(xiàn)路徑是未來(lái)湖泊濕地水文生態(tài)研究的重要方向.

5 展望

作為一種具有全球意義的自然資源，湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)在過(guò)去一個(gè)世紀(jì)發(fā)生了重大改變，由此帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境壓力和社會(huì)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題受到廣大學(xué)者的廣泛關(guān)注. 湖泊濕地水文過(guò)程已成為當(dāng)前水資源管理、水文地球化學(xué)和生態(tài)水文學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和前沿. 在已有研究建立的科學(xué)理論和開(kāi)創(chuàng)性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，未來(lái)在以下5個(gè)方面有待探索和創(chuàng)新：湖泊濕地多要素綜合觀測(cè)體系、氣候變化與人類(lèi)活動(dòng)協(xié)同作用機(jī)制、水文連通多維度轉(zhuǎn)化機(jī)理及其生態(tài)效應(yīng)、地下水驅(qū)動(dòng)下的植物非線(xiàn)性演變規(guī)律和基于關(guān)鍵水文要素的水鳥(niǎo)棲息地質(zhì)量評(píng)價(jià).

1)濕地多要素綜合觀測(cè)體系. 在濕地關(guān)鍵水文要素監(jiān)測(cè)方面，主流的多源遙感數(shù)據(jù)融合方法建立在預(yù)測(cè)期內(nèi)沒(méi)有土地覆蓋變化或只存在線(xiàn)性變化的假設(shè)基礎(chǔ)上，而這一假設(shè)并不適用于快速變化的濕地水文要素監(jiān)測(cè). 此外，融合過(guò)程需要的成對(duì)無(wú)云影像，在受多云覆蓋影響的濕潤(rùn)區(qū)很難得到滿(mǎn)足. 當(dāng)前，迫切需要突破上述瓶頸改進(jìn)多源數(shù)據(jù)時(shí)空融合技術(shù). 此外，隨著遙感產(chǎn)品日趨豐富以及水文模型的逐漸成熟，遙感科學(xué)與水文學(xué)相結(jié)合為濕地水文要素監(jiān)測(cè)開(kāi)拓了更為廣闊的前景. 水文/水動(dòng)力模型通過(guò)結(jié)合遙感技術(shù)提供的地形、土地利用和植被等下墊面信息以及降水、蒸散發(fā)等氣象參數(shù)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵水文要素的長(zhǎng)期、動(dòng)態(tài)和連續(xù)模擬和預(yù)測(cè)是未來(lái)湖泊濕地生態(tài)水文過(guò)程研究的重要方向.

2)氣候變化與人類(lèi)活動(dòng)協(xié)同作用機(jī)制. 受氣候變化和人類(lèi)用水增加，特別是灌溉耗水影響，世界各地的湖泊濕地面臨減少和退化風(fēng)險(xiǎn). 政府通過(guò)教育和激勵(lì)的手段調(diào)整農(nóng)業(yè)用水方式，分擔(dān)基礎(chǔ)灌溉設(shè)施的成本支持生產(chǎn)者，從而獲得在節(jié)約用水和維護(hù)濕地生境方面的生態(tài)補(bǔ)償. 與此同時(shí)，灌溉效率的提升會(huì)導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者種植更多的耗水作物和擴(kuò)大種植面積. 因而需要不斷地將新的節(jié)水措施重新應(yīng)用于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，針對(duì)湖泊濕地生態(tài)水文系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)發(fā)展、水資源開(kāi)發(fā)利用等社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)相互作用的雙向機(jī)制，制定湖泊濕地管理的政策制度和規(guī)劃方案，提升湖泊濕地生態(tài)服務(wù)功能.

3)水文連通多維度轉(zhuǎn)化機(jī)理及其生態(tài)效應(yīng). 水文連通性伴隨著水循環(huán)過(guò)程的發(fā)展表現(xiàn)出動(dòng)態(tài)性、多維性、系統(tǒng)性、閾值性和異質(zhì)性等主要特征. 同水文過(guò)程相比，水文連通性更加側(cè)重于從系統(tǒng)角度來(lái)識(shí)別水流的空間聯(lián)系與多維度轉(zhuǎn)化. 盡管相關(guān)研究在縱向和橫向地表水文連通性方面取得較多進(jìn)展，但受地表-地下水交互作用的復(fù)雜性以及土壤水變化的時(shí)間動(dòng)態(tài)性和空間異質(zhì)性影響，垂向水文連通性研究仍有不足. 如何探明洪泛系統(tǒng)多維度水文連通時(shí)空轉(zhuǎn)化的協(xié)同性、連續(xù)性和臨界條件是維護(hù)湖泊濕地結(jié)構(gòu)完整，提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能亟待解決的一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題.

4)地下水驅(qū)動(dòng)下的植物非線(xiàn)性演變規(guī)律. 地下水位是地下水與濕地生態(tài)系統(tǒng)之間相互作用的關(guān)鍵性指標(biāo). 然而，由于濕潤(rùn)區(qū)地表水資源相對(duì)豐富，地下水對(duì)濕地植物的作用和貢獻(xiàn)往往被忽視. 地下水位波動(dòng)的方式、強(qiáng)度和頻率無(wú)疑會(huì)影響植物退化/恢復(fù)的非線(xiàn)性過(guò)程，改變濕地植物演替的方向、速度、趨勢(shì)或終結(jié)類(lèi)型，甚至帶來(lái)不可挽回的退化結(jié)果. 如何定量刻畫(huà)植物對(duì)地下水變化的響應(yīng)仍面臨挑戰(zhàn). 亟需從生態(tài)水文學(xué)的角度研究洪泛濕地不同生活型植物種群退化/恢復(fù)過(guò)程對(duì)地下水位波動(dòng)的響應(yīng)差異及其演變的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)機(jī)制，為湖泊水位調(diào)控和退化濕地的恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù).

5)基于關(guān)鍵水文要素的水鳥(niǎo)棲息地質(zhì)量評(píng)價(jià). 湖泊濕地資源的空間位置及其相對(duì)于個(gè)體物種遷徙時(shí)間的可用性是評(píng)估水鳥(niǎo)棲息地質(zhì)量的必要條件. 無(wú)論是由于濕地喪失、可利用時(shí)間的改變，還是不合適的鹽度或水深，都可能導(dǎo)致棲息地適宜度降低或候鳥(niǎo)遷徙失敗. 因此，需要更精細(xì)的棲息地質(zhì)量評(píng)估來(lái)充分了解特定物種的彈性力和恢復(fù)力. 當(dāng)前，對(duì)候鳥(niǎo)遷徙路線(xiàn)的可持續(xù)性主要圍繞以保護(hù)濕地這一土地利用類(lèi)型為目標(biāo)的政策調(diào)整，而忽略了對(duì)決定湖泊濕地生態(tài)功能的關(guān)鍵水文過(guò)程的影響評(píng)價(jià)，如洪水發(fā)生的時(shí)機(jī)、范圍、強(qiáng)度、頻率、歷時(shí)以及漲退水速率等. 基于湖泊濕地關(guān)鍵水文過(guò)程，綜合考慮水鳥(niǎo)覓食場(chǎng)所的可用性和棲息場(chǎng)所的安全性，才能為水鳥(niǎo)提供最佳的生境條件.